Wetenschappelijke en technologische ingenieurs van het U.S. Naval Research Laboratory demonstreren het vermogen van enkelwandige koolstofnanobuistransistors (SWCNT's) om de ruwe ruimteomgeving te overleven, het onderzoeken van de effecten van ioniserende straling op de kristallijne structuren en het verder ondersteunen van de ontwikkeling van op SWCNT gebaseerde nano-elektronica voor gebruik in ruwe stralingsomgevingen.

"Een van de belangrijkste uitdagingen voor ruimte-elektronica is het verminderen van de gevoeligheid van langdurige blootstelling aan straling die bestaat in de geladen deeltjesgordels die de aarde omringen, " zei Cory Cress, ingenieur materiaalonderzoek. "Dit zijn de eerste gecontroleerde demonstraties die weinig prestatievermindering en een hoge tolerantie voor cumulatieve blootstelling aan ioniserende straling laten zien."

Stralingseffecten nemen twee vormen aan, voorbijgaande effecten en cumulatieve effecten. De voormalige, aangeduid als transiënten met één effect (SET's), het gevolg zijn van een directe aanval door een ioniserend deeltje in de ruimte dat een stroompuls in het apparaat veroorzaakt. Als deze puls zich door het circuit voortplant, kan dit datacorruptie veroorzaken die extreem schadelijk kan zijn voor iemand die op dat signaal vertrouwt. zoals een persoon die GPS gebruikt voor navigatie. NRL-onderzoekers hebben onlangs voorspeld dat dergelijke effecten bijna geëlimineerd zijn voor op SWCNT gebaseerde nano-elektronica vanwege hun kleine formaat, lage dichtheid, en inherente isolatie van naburige SWCNT's in een apparaat.

De cumulatieve effecten in traditionele elektronica zijn het gevolg van opgesloten ladingen in de oxiden van de apparaten, inclusief het poortoxide en die gebruikt om aangrenzende apparaten te isoleren, de laatste is de primaire bron van door straling geïnduceerde prestatievermindering in ultramoderne complementaire metaaloxide-halfgeleider (CMOS) -apparaten. Het effect manifesteert zich als een verschuiving in de spanning die nodig is om de transistor aan of uit te zetten. Dit resulteert in eerste instantie in stroomlekkage, maar kan uiteindelijk leiden tot uitval van het hele circuit.

Door een SWCNT-structuur te ontwikkelen met een dun poortoxide gemaakt van dun siliciumoxynitride, NRL-onderzoekers hebben onlangs SWCNT-transistors gedemonstreerd die niet lijden aan dergelijke door straling veroorzaakte prestatieveranderingen. Dit geharde diëlektrische materiaal en de natuurlijk geïsoleerde eendimensionale SWCNT-structuur maken ze extreem stralingstolerant.

Het vermogen van op SWCNT gebaseerde transistors om zowel tolerant te zijn voor transiënte als cumulatieve effecten, maakt toekomstige ruimte-elektronica mogelijk met minder redundantie en foutcorrectieschakelingen, met behoud van dezelfde kwaliteit van trouw. Alleen al deze verlaging van de overhead zou het vermogen aanzienlijk verminderen en de prestaties ten opzichte van bestaande ruimte-elektronische systemen verbeteren, zelfs als de op SWCNT gebaseerde transistors met dezelfde snelheid werken als de huidige technologieën. In de toekomst zijn nog grotere voordelen te verwachten, zodra er apparaten zijn ontwikkeld die de prestaties van op silicium gebaseerde transistors overtreffen.